AES-128 加密不适用于 Java < 1.7

Question

我已经花了 3 天的时间完成一项学校作业，今天终于完成了，没有错误并且工作正常！除了，我在 Java 1.7 上测试它，而学校服务器（教授将在其中编译它）运行 1.6。所以，我在 1.6 上测试了我的代码，想要覆盖我的所有基础，我在解密时得到一个BadPaddingException。

[编辑] 警告：此代码不遵循常见的安全实践，不应在生产代码中使用。

最初，我有这个，它在 1.7 上运行良好（对不起，很多代码......所有相关......）：

public static String aes128(String key, String data, final int direction) {
    SecureRandom rand = new SecureRandom(key.getBytes());
    byte[] randBytes = new byte[16];
    rand.nextBytes(randBytes);
    SecretKey encKey = new SecretKeySpec(randBytes, "AES");

    Cipher cipher = null;
    try {
        cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init((direction == ENCRYPT ? Cipher.ENCRYPT_MODE : Cipher.DECRYPT_MODE), encKey);
    } catch (InvalidKeyException e) {
        return null;
    } catch (NoSuchPaddingException e) {
        return null;
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        return null;
    }

    try {
        if (direction == ENCRYPT) {
            byte[] encVal = cipher.doFinal(data.getBytes());
            String encryptedValue = Base64.encode(encVal);
            return encryptedValue;
        } else {
            byte[] dataBytes = Base64.decode(data);
            byte[] encVal = cipher.doFinal(dataBytes);
            return new String(encVal);
        }
    } catch (NullPointerException e) {
        return null;
    } catch (BadPaddingException e) {
        return null;
    } catch (IllegalBlockSizeException e) {
        return null;
    }
}

但是，我的 BadPaddingException catch 块在解密时执行：

javax.crypto.BadPaddingException: Given final block not properly padded
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.AESCipher.engineDoFinal(DashoA13*..)
        at javax.crypto.Cipher.doFinal(DashoA13*..)
        at CipherUtils.aes128(CipherUtils.java:112)
        at CipherUtils.decryptFile(CipherUtils.java:44)
        at decryptFile.main(decryptFile.java:21)

这是我试图解决的问题（基本上，我自己添加了所有的填充/取消填充，并使用了NoPadding）：

public static String aes128(String key, String data, final int direction) {
    // PADCHAR = (char)0x10 as String
    while (key.length() % 16 > 0)
        key = key + PADCHAR; // Added this loop

    SecureRandom rand = new SecureRandom(key.getBytes());
    byte[] randBytes = new byte[16];
    rand.nextBytes(randBytes);
    SecretKey encKey = new SecretKeySpec(randBytes, "AES");
    AlgorithmParameterSpec paramSpec = new IvParameterSpec(key.getBytes()); // Created this

    Cipher cipher = null;
    try {
        cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); // Added CBC/NoPadding
        cipher.init((direction == ENCRYPT ? Cipher.ENCRYPT_MODE : Cipher.DECRYPT_MODE), encKey, paramSpec); // Added paramSpec
    } catch (InvalidKeyException e) {
        return null;
    } catch (NoSuchPaddingException e) {
        return null;
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        return null;
    } catch (InvalidAlgorithmParameterException e) {
        return null; // Added this catch{}
    }

    try {
        if (direction == ENCRYPT) {
            while (data.length() % 16 > 0)
                data = data + PADCHAR; // Added this loop

            byte[] encVal = cipher.doFinal(data.getBytes());
            String encryptedValue = Base64.encode(encVal);
            return encryptedValue;
        } else {
            byte[] dataBytes = Base64.decode(data);
            byte[] encVal = cipher.doFinal(dataBytes);
            return new String(encVal);
        }
    } catch (NullPointerException e) {
        return null;
    } catch (BadPaddingException e) {
        return null;
    } catch (IllegalBlockSizeException e) {
        return null;
    }
}

当我使用这个时，我只是进进出出：

Out: u¢;èÉ÷JRLòB±J°N°[9cRÐ{ªv=]I¯¿©:
´RLA©êí;R([¶Ü9¸ßv&%®µ^#û|Bá (80)
Unpadded: u¢;èÉ÷JRLòB±J°N°[9cRÐ{ªv=]I¯¿©:
´RLA©êí;R([¶Ü9¸ßv&%®µ^#û|Bá (79)

另外值得注意的是，1.6 和 1.7 产生不同的加密字符串。

例如，在 1.7 上，使用密钥 hi 加密 xy（包括 SHA-1 哈希）会产生：

XLUVZBIJv1n/FV2MzaBK3FLPQRCQF2FY+ghyajdqCGsggAN4aac8bfwscrLaQT7BMHJgfnjJLn+/rwGv0UEW+dbRIMQkNAwkGeSjda3aEpk=

在 1.6 上，同样的事情会产生：

nqeahRnA0IuRn7HXUD1JnkhWB5uq/Ng+srUBYE3ycGHDC1QB6Xo7cPU6aEJxH7NKqe3kRN3rT/Ctl/OrhqVkyDDThbkY8LLP39ocC3oP/JE=

没想到作业要花这么长时间，所以我的时间已经不多了，确实需要今晚完成。但是，如果到那时还没有答案，我会就此给我的老师留个便条。这似乎是 1.7 中修复的一些问题......虽然希望可以通过我的代码中的正确添加/修复来解决。

非常感谢大家的时间！

Answer 1

首先：

对于几乎所有系统，两次加密相同的明文应该总是（即以非常高的概率）产生不同的密文。

传统的例子是它允许 CPA 对手仅用两个查询来区分 E（“黎明攻击”）和 E（“黄昏攻击”）。 （有少数系统需要确定性加密，但正确的方法是“合成 IV”或 CMC 和 EME 等密码模式。）

最终，问题在于SecureRandom() 不适合用于密钥派生。

• 如果输入的“密钥”是密码，您应该使用类似 PBKDF2（或 scrypt() 或 bcrypt()）的东西。
  • 此外，您应该使用显式字符集，例如String.getBytes("UTF-8")。
• 如果输入的“key”是一个键，最常见的字符串表示是一个 hexdump。 Java 不包含 unhexing 函数，但有几个 here。
  • 如果输入是“主密钥”并且您想要派生一个子密钥，那么您应该与其他数据一起对其进行散列。如果子键始终相同，那没有多大意义。

额外的挑剔：

• 您的代码容易受到 padding oracle 攻击；您确实应该在对数据进行任何操作之前验证 MAC（或者更好的是，使用经过身份验证的加密模式）。
• 在您的第二个清单中，您明确重复使用 IV。坏的！假设 CBC 模式，使用的 IV 应该是不可预测的； SecureRandom 在这里很有用。

Answer 2

我一遍又一遍地查看，我必须同意 NullUserException。问题在于SecureRandom 的使用。这意味着您永远不会真正知道您的密钥是什么，因此它不一定是同一个密钥。

encKey 来自 SecureRandom，它由提供的密钥播种。因此，如果key相同，则seed相同，所以random应该相同...

...当然，除非 Oracle（或其他提供商）更改版本之间的实现。

好的，添加更多我研究过的信息。我认为this answer was most helpful。

从用户那里获取密码和明文，并将它们转换为字节数组。
生成一个安全的随机盐。
将盐附加到密码并计算其加密哈希。重复多次。
使用生成的哈希作为初始化向量和/或密钥来加密明文。
保存盐和生成的密文。

对我来说，听起来SecureRandom 曾被用于生成salt，但随后salt 必须与密码文本一起保存，以撤消密码过程。额外的安全性来自步骤的重复和变化（晦涩）。

注意：我没有一致认为这些步骤是最佳做法。